CN113332097A - 一种可远端驱动的柔性四指康复机器人 - Google Patents

一种可远端驱动的柔性四指康复机器人 Download PDF

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Abstract

本发明属于外骨骼康复领域，具体涉及一种可远端驱动的柔性四指康复机器人。本发明包括掌背固定组件、第一手指机构和第二手指机构；其中患者食指和小指均穿戴第一手指机构，中指和无名指均穿戴第二手指机构；远端驱动装置包括：驱动电机、丝杠、螺母、第一滑块以及推拉丝线；指骨指套通过第一绑带固定在患者的手指上。本发明通过驱动电机带动丝杠转动，使螺母前后运动，从而使推拉丝线向前/向后滑动，控制手指的内收/外展以及屈曲/伸展训练，控制简单方便，能够实现多自由度训练；本发明采用远端驱动的方式，能够减轻手部穿戴的重量，有利于患者进行康复训练；一个康复机器人能够实现对患者左手和右手的训练，节省成本，节省空间。

Description

一种可远端驱动的柔性四指康复机器人
技术领域
本发明属于外骨骼康复技术领域，具体涉及一种可远端驱动的柔性四指康复机器人。
背景技术
人的手部不但可以完成搬、抬、敲和推等粗重活动，还能做如穿针引线和剪纸等精细复杂的动作，手是使用强度最大以及使用频率最高的部位，平均每天要完成上百或上千次的弯曲、伸展以及抓握等动作，随着我国人口老龄化加剧，脑卒中和偏瘫等患者逐渐增多，这类疾病会导致手部肌肉萎缩。丧失手部的运动功能将给人们的生活和工作带来很大的不便，也给家庭和社会带来负担。对于丧失手部运动能力的患者而言，除了必要的手术和药物治疗外，需要对患者手指进行康复训练。在传统的手指康复训练中，大多是医生一对一进行训练，随着患者增多，加大了医生的负担，也增大了患者的时间和金钱成本。而且康复训练的效果与不同医生的技术水平有很大关系，况且在人口老龄化的今天，也没有更多的医生来对患者进行一对一的辅导。随着机器人和机械手等技术的蓬勃发展，越来越多的学者开始研究把机器人技术和手部康复技术理论结合起来，进行手部康复装置的设计，以便让更多的手部功能丧失的人群得到更好的康复训练，使其手部能够更快更好的得到康复。
但是目前的手部康复机器人大都是串联或者并联的连杆机构，均为刚性结构，稳定性和安全性较差，一旦出现故障，容易对手部造成二次伤害。现有的康复训练机构，佩戴不舒适，不能调节机构的长度以适应不同人手指的长度，通常不能够很好的适配患者需求，并且都是只支持单手训练，不能进行左右手互换操作，给患者手部的康复带来很大的不便。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的安全性差、易造成二次伤害、不能调节长度、佩戴不舒适以及不能进行左右手互换的缺陷，提供一种安全性高、能够调节长度、能够多自由度训练且能够左右手互换操作的远端驱动柔性四指康复机器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可远端驱动的柔性四指康复机器人，其特征在于：包括穿戴在患者手部的掌背固定组件、第一手指机构和第二手指机构；其中患者的食指和小指均穿戴所述第一手指机构，中指和无名指均穿戴所述第二手指机构；所述掌背固定组件上固定有L型固定架，所述L型固定架上固定有支撑架，所述第一手指机构包括多个用来驱动手指运动的远端驱动装置，所述第一手指机构的多个远端驱动装置呈等腰三角形阵列分布；所述第二手指机构包括竖直分布在同一个平面内的多个远端驱动装置；
所述远端驱动装置包括：水平固定在所述L型固定架上的驱动电机、与所述驱动电机的输出轴同轴连接的丝杠、套设在所述丝杠上的螺母、与所述螺母固定连接的第一滑块以及一端与所述第一滑块固定连接的推拉丝线；所述推拉丝线的另一端穿过所述L型固定架且与指骨指套固定连接，所述支撑架上开设有多个滑块导向孔，所述第一滑块相对应地沿所述滑块导向孔滑动，所述指骨指套通过第一绑带固定在患者的手指上。
进一步地，所述掌背固定组件包括：固定在所述L型固定架下方的掌背安装板以及两端固定在所述掌背安装板上的第二绑带。
进一步地，所述指骨指套上开设有多个固定孔，所述推拉丝线对应伸入所述固定孔中并通过顶丝与所述指骨指套固定连接。
进一步地，所述L型固定架上开设有多个支撑孔，所述支撑孔内过盈配合有圆环形导块，所述推拉丝线滑动连接在所述圆环形导块的圆环内。
进一步地，所述第一手指机构包括三个用来驱动手指运动的远端驱动装置，所述第二手指机构包括两个用来驱动手指运动的远端驱动装置。
进一步地，所述推拉丝线采用镍钛合金丝或钢丝绳。
更进一步地，所述第一滑块和圆环形导块采用弹性塑料或尼龙材料。
本发明的一种可远端驱动的柔性四指康复机器人的有益效果是：
1、本发明通过远端驱动装置中的驱动电机带动位于驱动电机输出端的丝杠转动，使套设在丝杠上的螺母前后运动，使第一滑块沿支撑架上的滑块导向孔前后运动，从而使推拉丝线在圆环形导块内向前/向后滑动，从而控制手指的掌指关节的内收/外展以及屈曲/伸展训练，控制简单方便，能够实现多自由度训练；本发明采用远端驱动的方式，能够减轻手部穿戴的重量，有利于患者进行康复训练。
2、本发明能够根据患者手指的长度来调节推拉丝线伸入指骨指套固定孔的长短，从而调节推拉丝线的长短，一个康复机器人能够实现对患者左手和右手的训练，节省成本，节省空间。
3、本发明的推拉丝线采用具有一定刚度的柔性材料，能够使佩戴更加舒适，避免了对患者造成二次伤害，提高了安全性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例的整体结构图；
图2是本发明实施例的第一手指组件结构图；
图3是本发明实施例的第二手指组件结构图；
图4是本发明实施例的远端驱动装置的结构图；
图5是本发明实施例的掌背固定组件结构图；
图6是本发明实施例的指骨指套结构图；
图7是本发明实施例的L型固定架结构图。
图中:1、掌背固定组件，11、第二绑带，12、掌背安装板，2、第一手指机构，3、第二手指机构，4、L型固定架，41、支撑孔，5、支撑架，6、远端驱动装置，61、驱动电机，62、丝杠，63、螺母，64、第一滑块，65、推拉丝线，66、指骨指套，661、固定孔，67、滑块导向孔，68、第一绑带，69、圆环形导块，7、手模型。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
在本发明实施例的描述中，需要声明的是：当手指康复机器人戴于人手上时，手指指向的方向为前，手掌部所在的方向为后，小指所在侧为左，拇指所在侧为右，掌背侧为上，掌心侧为下，本发明实施例的图1-图7中采用手模型7代替患者手部。
如图1-图7所示的本发明的一种可远端驱动的柔性四指康复机器人的具体实施例，包括穿戴在患者手部的掌背固定组件1、第一手指机构2和第二手指机构3；其中患者的食指和小指均穿戴第一手指机构2，中指和无名指均穿戴第二手指机构3；掌背固定组件1上固定有L型固定架4，L型固定架4上固定有支撑架5，第一手指机构2包括多个用来驱动手指运动的远端驱动装置6，第一手指机构2的多个远端驱动装置6呈等腰三角形阵列分布；第二手指机构3包括竖直分布在同一个平面内的多个远端驱动装置6；其中掌背固定组件1包括：固定在L型固定架4下方的掌背安装板12以及两端固定在掌背安装板12上的第二绑带11，掌背安装板12通过第二绑带11固定在患者掌背上，掌背安装板12左右对称设置。
参见图2、图4和图7，远端驱动装置6包括：通过电机支撑架水平固定在L型固定架4上的驱动电机61、与驱动电机61的输出轴同轴连接的丝杠62、套设在丝杠62上的螺母63、与螺母63固定连接的第一滑块64以及一端与第一滑块64固定连接的推拉丝线65；推拉丝线65的另一端穿过L型固定架4且与指骨指套66固定连接，支撑架5上开设有多个滑块导向孔67，第一滑块64相对应地沿滑块导向孔67滑动，指骨指套66通过第一绑带68固定在患者的手指上，指骨指套66上开设有多个固定孔661，推拉丝线65对应伸入固定孔661中并通过顶丝与指骨指套66固定连接。L型固定架4上开设有多个支撑孔41，圆环形导块69与支撑孔41过盈配合，推拉丝线65穿过圆环形导块69并与圆环形导块69滑动连接。远端驱动装置6的工作原理为：驱动电机61启动，带动位于驱动电机61输出端的丝杠62转动，使套设在丝杠62上的螺母63前后运动，使第一滑块64沿支撑架5上的滑块导向孔67前后运动，从而使推拉丝线65在圆环形导块69内前后滑动，从而控制手指的掌指关节运动。本发明的远端驱动装置6均采用远端驱动，减轻了手部穿戴的重量，有利于患者进行康复训练。
如图1-图2所示，第一手指机构2包括三个用来驱动手指运动的远端驱动装置6，三个远端驱动装置6呈等腰三角形阵列分布，三个远端驱动装置6的推拉丝线65分别对应伸入指骨指套66的固定孔661中，推拉丝线65通过位于指骨指套66侧面的顶丝固定。第一手指机构2带动食指或小指屈曲或伸展的动作过程：先根据患者的食指和小指的长度，适当调整推拉丝线65的长短并将其固定好，将第一手指机构2的指骨指套66通过第一绑带68分别固定在患者的食指和小指上，当位于等腰三角形底边左端的驱动电机61带动位于该驱动电机61输出端的丝杠62转动，使套设在该丝杠62上的螺母63运动，使固定在该螺母63上的推拉丝线65向后运动，同时位于等腰三角形底边右端的驱动电机61带动位于其输出端的丝杠62转动，使套设在该丝杠62上的螺母63运动，使固定在该螺母63上的推拉丝线65向前运动；或者当位于等腰三角形底边左端的驱动电机61带动位于其输出端的丝杠62转动，使套设在该丝杠62上的螺母63运动，使固定在该螺母63上的推拉丝线65向前运动，同时位于等腰三角形底边右端的驱动电机61带动位于其输出端的丝杠62转动，使套设在该丝杠62上的螺母63运动，使固定在该螺母63上的推拉丝线65向后运动，能够实现第一手指机构2带动患者的食指和小指的掌指关节进行内收/外展动作。当位于等腰三角形顶角的驱动电机61带动位于该驱动电机61输出端的丝杠62转动，使套设在该丝杠62上的螺母63运动，使固定在该螺母63上的推拉丝线65向前运动，同时使位于等腰三角形底边左右两端的两个驱动电机61工作，带动位于该两个驱动电机61输出端的丝杠62转动，使分别套设在该两个丝杠62上的螺母63运动，从而使分别与该两个螺母63固定连接的推拉丝线65向后运动，能够实现第一手指机构2带动患者的食指和小指的掌指关节进行屈曲运动；当位于等腰三角形顶角的驱动电机61带动位于该驱动电机61输出端的丝杠62转动，使套设在该丝杠62上的螺母63运动，使固定在该螺母63上的推拉丝线65向后运动，同时使位于等腰三角形底边左右两端的两个驱动电机61工作，带动位于该两个驱动电机61输出端的丝杠62转动，使分别套设在该两个丝杠62上的螺母63运动，从而使分别与该两个螺母63固定连接的推拉丝线65向前运动，能够实现第一手指机构2带动患者的食指和小指的掌指关节进行伸展运动。经过计算，三根推拉丝线65按照其他方式向前/向后运动，可以实现手指掌指关节的预定轨迹，三根推拉丝线65相互配合，共同完成食指和小指的屈曲/伸展和内收/外展动作。
如图2-图3所示，第二手指机构3包括两个用来驱动手指运动的远端驱动装置6，两个远端驱动装置6竖直分布在同一个平面内，两个远端驱动装置6的推拉丝线65分别对应伸入指骨指套66的固定孔661中，推拉丝线65通过位于指骨指套66侧面的顶丝固定。第二手指机构3带动中指和无名指屈伸的动作过程：先根据患者的中指和无名指的长度，适当调整推拉丝线65的长短并将其固定好，将第二手指机构3的指骨指套66通过第一绑带68分别固定在患者的中指和无名指上，当上端远端驱动装置6的驱动电机61带动位于该驱动电机61输出端的丝杠62运动，使套设在该丝杠62上的螺母63运动，从而使与该螺母63固定连接的推拉丝线65向前运动，同时使下端远端驱动装置6的驱动电机61带动位于该驱动电机61输出端的丝杠62运动，使套设在该丝杠62上的螺母63运动，从而使与该螺母63固定连接的推拉丝线65向后运动，能够实现第二手指机构3带动患者的中指和无名指的掌指关节进行屈曲动作。当上端远端驱动装置6的驱动电机61带动位于该驱动电机61输出端的丝杠62运动，使套设在该丝杠62上的螺母63运动，从而使与该螺母63固定连接的推拉丝线65向后运动，同时使下端远端驱动装置6的驱动电机61带动位于该驱动电机61输出端的丝杠62运动，使套设在该丝杠62上的螺母63运动，从而使与该螺母63固定连接的推拉丝线65向前运动，能够实现第二手指机构3带动患者的中指和无名指的掌指关节进行伸展动作。中指和无名指的内收/外展过程采用了随动动作的方法，控制简单方便，又能够起到足够的康复作用，两根推拉丝线65相互配合，共同完成中指和无名指的屈曲/伸展动作。
参见图6，推拉丝线65伸入指骨指套66的固定孔661中，通过位于指骨指套66侧面的顶丝固定，可调节推拉丝线65伸入指骨指套66固定孔661的长短，从而调节推拉丝线65的长短，以适应不同患者的手指长度，一个康复机器人能够实现对患者左手和右手的训练，节省成本，节省空间。
推拉丝线65采用具有一定刚度的柔性材料，不能理解为对本发明的限制，推拉丝线65可采用镍钛合金丝或钢丝绳或刹车线，能够使佩戴更加舒适，避免了对患者造成二次伤害，提高了安全性。
第一滑块64和圆环形导块69均采用柔性材料，为了使第一滑块64和圆环形导块69能够更好的滑动，第一滑块64和圆环形导块69可采用弹性塑料或尼龙材料。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种可远端驱动的柔性四指康复机器人，其特征在于：包括穿戴在患者手部的掌背固定组件(1)、第一手指机构(2)和第二手指机构(3)；其中患者的食指和小指均穿戴所述第一手指机构(2)，中指和无名指均穿戴所述第二手指机构(3)；所述掌背固定组件(1)上固定有L型固定架(4)，所述L型固定架(4)上固定有支撑架(5)，所述第一手指机构(2)包括固定在所述L型固定架(4)上的多个用来驱动手指运动的远端驱动装置(6)，所述第一手指机构(2)的多个远端驱动装置(6)呈等腰三角形阵列分布；所述第二手指机构(3)包括竖直分布在同一个平面内的多个远端驱动装置(6)；
所述远端驱动装置(6)包括：水平固定在所述L型固定架(4)上的驱动电机(61)、与所述驱动电机(61)的输出轴同轴连接的丝杠(62)、套设在所述丝杠(62)上的螺母(63)、与所述螺母(63)固定连接的第一滑块(64)以及一端与所述第一滑块(64)固定连接的推拉丝线(65)；所述推拉丝线(65)的另一端穿过所述L型固定架(4)且与指骨指套(66)固定连接，所述支撑架(5)上开设有多个滑块导向孔(67)，所述第一滑块(64)相对应地沿所述滑块导向孔(67)滑动，所述指骨指套(66)通过第一绑带(68)固定在患者的手指上。
2.根据权利要求1所述的一种可远端驱动的柔性四指康复机器人，其特征在于：所述掌背固定组件(1)包括：固定在所述L型固定架(4)下方的掌背安装板(12)以及两端固定在所述掌背安装板(12)上的第二绑带(11)。
3.根据权利要求1所述的一种可远端驱动的柔性四指康复机器人，其特征在于：所述指骨指套(66)上开设有多个固定孔(661)，所述推拉丝线(65)对应伸入所述固定孔(661)中并通过顶丝与所述指骨指套(66)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种可远端驱动的柔性四指康复机器人，其特征在于：所述L型固定架(4)上开设有多个支撑孔(41)，所述支撑孔(41)内过盈配合有圆环形导块(69)，所述推拉丝线(65)滑动连接在所述圆环形导块(69)的圆环内。
5.根据权利要求1所述的一种可远端驱动的柔性四指康复机器人，其特征在于：所述第一手指机构(2)包括三个用来驱动手指运动的远端驱动装置(6)，所述第二手指机构(3)包括两个用来驱动手指运动的远端驱动装置(6)。
6.根据权利要求1所述的一种可远端驱动的柔性四指康复机器人，其特征在于：所述推拉丝线(65)采用镍钛合金丝或钢丝绳。
7.根据权利要求1所述的一种可远端驱动的柔性四指康复机器人，其特征在于：所述第一滑块(64)和圆环形导块(69)采用弹性塑料或尼龙材料。
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